盐穴地下储气库注采热工性能模拟

储气库在建造和运行时，一方面溶腔内气体通过自然对流与周围盐层进行热交换，与周围盐层壁面形成不稳态导热温度场；另一方面连续注采循环，使腔内气体压力、温度发生变化，特别是在连续采气时，降压的焦耳-汤姆逊效应极易使井口气体压力和温度进入生成水化物的危险范围，因此动态确定盐穴储气库注采天然气时的热工特性变化十分必要。为此，根据热力学、传热学和流体力学理论，针对注采过程天然气在井筒流动和溶腔内传热过程的特点，将井筒、溶腔和周围盐层视为一个系统，提出了描述注采动态工程相互耦合的数学模型及其求解方法，并开发了相应的数值计算软件。该软件可预测盐穴地下储气库在连续注采气过程中，溶腔内及井筒顶、底部气体的压力和温度，并判断水化物形成的危险范围等。研究成果能对盐穴地下储气库的建造和技术特性做出预测分析，对其运行工况给予指导，并对注采气地面系统的优化设计提供理论分析依据。     

盐穴储气库溶腔收缩规律分析

盐穴储气库在运行过程中溶腔周围的盐层受到地层压力和溶腔内压的多重作用而产生应力变化。由于盐层具有蠕变特性，并且溶腔内压力始终小于周围岩层的地层压力，因此溶腔周围盐层会产生指向溶腔内部的位移而导致溶腔收缩，从而引发储气库单腔库容和工作气量的变化。溶腔的收缩可以通过盐层蠕变测试结合数值模拟进行预测。通过对国内某盐穴储气库实际岩石力学参数测定和溶腔运行模拟预测发现，溶腔建成初期有一个短暂的快速收敛阶段，后期收敛速度较为平稳并有逐步减缓的趋势。运行10年，溶腔的体积缩小逾8%，对应的储气库库容和工作气量也将减少8%以上。因此在盐穴储气库运行的初期，必须密切注意溶腔蠕变，制定合理的运行参数，确保溶腔快速收缩阶段的溶腔稳定。在中后期必须新建溶腔，以弥补因溶腔收缩而减少的库容量及工作气量。     

TJ盐穴地下储气库注采气运行动态分析

TJ地下储气库通过改造5口盐穴老腔,建成了我国第一座盐穴地下储气库,它的建成和投产为解决西气东输管道下游调峰和应急供气发挥着巨大作用。储气库投产三年多以来,通过对储气库的注气排卤和注采气运行的动态分析,可以认识到,在其运行周期内的数次注采气过程中,注采气量基本平衡,在压力稳定阶段储气库井口压力保持稳定,腔体无泄漏迹象,没有明显收缩,盐穴储气库运行安全平稳。     

金坛盐穴储气库注采运行参数优化设计研究

随着国家对能源需求量的日益增加,盐穴储气库在天然气应急调峰和能源战略储备中的作用越来越大。储气库的运行参数设计决定了库区的工作气量和日常调峰能力,是影响储气库经济效益的关键因素。以金坛储气库H1井为背景,建立三维地质力学模型,对腔体下限运行压力及采气速率进行优化设计和数值模拟计算,并引入稳定性评价指标对计算结果进行检验,探讨了盐穴储气库注采参数对腔体注采运行安全性的影响。结果表明腔体稳定性随下限运行压力的升高而增加,随采气速率的升高而降低,夹层和腔顶平直处是腔体安全性的薄弱位置。该研究可为盐穴型储气库注采运行参数设计提供参考。     

盐穴储气库注采运行时温效应对腔体稳定性的影响

地下盐穴储气库注采周期的变化会导致腔内气体的温度、压力发生周期性变化,从而导致围岩中产生热应力,进而危及储气库注采过程中的安全运行。基于变质量热力学理论,推导出了注采过程中变注采速率的条件下腔内气体温度、压力随时间变化的微分方程,并结合已有的研究实例进行验证。基于单个腔体热固耦合模型,分别研究了注采气过程中,热效应、注采速率以及盐岩导热系数对腔体稳定性的影响。对于注气过程,热效应的存在、注气速率的增加以及盐岩导热系数的增大有助于避免围岩中发生拉伸损伤,维持腔体的稳定性;而对于采气过程,热效应的存在、采气速率的增加以及盐岩导热系数的增大会加剧围岩中的拉伸损伤,不利于腔体的稳定性。     

盐穴储气库注采运行过程中的腔体形状检测

金坛储气库注采运行过程中,由于岩盐的蠕变特性,压力、温度的变化会对盐穴的形态产生影响,使盐穴发生片帮和收缩,严重的情况会影响到注采运行的安全。为了研究腔体形状的变化,评价其影响,为安全平稳的运行提供保证,也为今后国内盐穴储气库高压气腔声纳检测积累经验,给地下盐穴储气库的生产运行提供技术保障,金坛储气库对两口注采运行多年的老腔进行了检测。从高压气腔声纳检测现场施工出发,重点说明高压气腔声纳检测的详细操作程序及关键技术。这一工作在国内尚属首次。     

盐穴天然气地下储气库运行管理综述

在盐穴储气库运行过程中,溶腔气体与周围盐层的热交换,连续的注采循环,焦耳-汤姆逊效应等作用,不仅对盐穴的稳定性、安全性造成很大的影响,而且易使气体的压力和温度进入水合物的生成区间而妨碍正常输气。为研究盐穴储气库的运行特性,寻找最佳的运行方案,结合国内外相关技术文献及研究成果,对盐穴储气库的运行特性和运行过程中的关键技术问题进行了论述,为今后国内盐穴储气库的运行研究提出了一些建议。     

孤家子气田储气库关键指标设计优化技术

从储气库多周期大流量强注强采的基本特点出发,以气藏为基础,以需求为依据,通过气藏工程理论分析和数值模拟计算等方法与技术对孤家子废弃气田改建储气库的气井注采能力、库存量、有效工作气量、注采井网优化等关键指标进行研究.设计孤家子储气库有效库容量4.6×108 m3,工作气量2.1×108 m3,上限压力15.6 MPa、下限压力8.5 MPa.基于分区产能方程,考虑冲蚀流量、最低携液流量、不同的井口压力与地层压力确立了注采周期不同注采阶段的气井的注采能力,并通过数值模拟方法得到验证.储气库运行采取注采同井方案,对6个独立的区块分别部署井网,共优化部署注采新井15口,其中注采气井10口、单采气井5口,数模论证最大调峰能力263×104m3/d.设计了孤家子储气库的气藏工程方案和技术政策,并对建设中的风险点进行优化,为吉林省第一座地下储气库地质方案的科学合理设计,提供了重要依据.     

高矿化度储层储气库井筒结盐机理研究

地下储气库在周期性运行注采的过程中,井筒内的温度和压力等条件发生变化会导致盐垢的形成;研究井筒内温度和压力发生变化形成结盐的结盐机理研究对于井筒内的清盐防盐工作有着重要的意义;本文通过选取X储气库A区块中各井为模拟对象,建立动态结盐模型,研究在不同压力和温度条件下井筒内的结盐规律,确立了储气库生产过程中合理的温度和压力...     

盐穴储气库地面工程技术要点研究

金坛储气库是我国仅有的1座已建成投产的盐穴储气库,对其设计、建设和运行经验进行总结,可为平顶山和淮安等盐穴储气库的建设设计提供指导。盐穴储气库是利用地下已有的盐层,采用人工的方式在盐层中水溶形成腔体,用于天然气回注、储存和采出的系统体系。盐穴储气库地面配套工程须额外增加造腔地面配套系统和注气排卤系统;注采气工艺中压缩机的选型也须兼顾注气排卤工况;盐穴采出气含有卤水,且各腔体独立,压力会有所不同,采气脱水工艺须能够适应腔体温度、压力变化。处理装置设计规模须根据盐穴储气库的功能定位、注采周期和注采能力等因素确定。多级离心泵作为造腔注水泵是最适宜的注气排卤设备,可满足各种工况条件下的快速造腔和盐厂的卤水回收要求。采出气处理工艺的选择须避免水合物生成并合理地控制水露点,三甘醇脱水和J-T阀+乙二醇技术是常用的脱水工艺。压缩机厂房的降噪是储气库建设的重要设计之一,采用吸声、隔声、隔振和通风消声等噪声控制措施可以实现整体降噪的目的。     

不压井作业技术在金坛盐穴储气库中的应用

西气东输金坛盐穴地下储气库已有采卤溶腔单井（腔）注气排卤作业结束后，在投入正常注采气运行前，为确保?177.8 mm 注采气管柱通畅和注采气能力满足需求，以及井下安全阀在紧急情况下开关控制自如，需将仅用于排卤作业的?114.3 mm 管柱全部起出。鉴于金坛盐穴地下储气库的井（腔）的独特腔体、井身与管柱结构和较高的井口压力，决定采用不压井作业设备将?114.3 mm 排卤管柱一次性起出。该设备具备举升和运输能力的撬装，靠修井机、不压井作业辅助机和桥塞或堵塞器的相互配合来实现带压环境下起下管柱作业。采用不压井作业技术在金坛盐穴地下储气库进行了5 口井（腔）的施工，成功率100%，为金坛盐穴地下储气库后续不压井起同类大直径管柱作业储备了技术，具有一定的指导意义。     

基于压力监测的水平井临界出砂预警模型——以新疆H储气库为例

新疆H储气库作为中国最大的气藏型砂岩储气库,调整方案采用水平井整装部署,单井具有强注强采和大排量吞吐的特点,若生产压差过大,会破坏岩石骨架,携带出的砂粒冲蚀生产管柱甚至堵塞井筒导致气井停产,影响储气库的整体调峰能力。开展基于压力监测的水平井临界出砂预警模型研究,利用适用于H储气库的物质平衡方程、状态方程和流动方程,建立水平井动态生产压差监测模型;同时开展水平井临界出砂压差现场测试,确定岩石坚固程度判断指标“C”公式模型以预测临界出砂压差,二者结合形成水平井动态出砂压差预警模型,模型压力与实测压力吻合率超93%。不仅可以实现对水平井动态生产压差的实时监测,还为水平井最大调峰能力评价和后续调峰配产奠定了基础。     

地下盐穴储气库注气排卤及注采完井技术

盐穴地下储气库是利用地下较厚的盐层或盐丘,采用人工方式在盐层或盐丘中水溶形成洞穴储存空间来存储天然气,是储气库的主要类型之一。盐穴储气库建成后第一次注气排卤及注采完井是储气库建造和应用以及安全运行的关键。为了满足我国首座盐穴储气库--金坛盐穴储气库建设的需要,根据该储气库建库的特点,进行了注气排卤及注采完井工艺技术研究,通过注气排卤及注采完井方案的优选,制定了现场施工工艺,形成了我国盐穴储气库注气排卤及注采完井配套工艺技术,并成功运用于该储气库已有溶腔改造的5口井中,填补了我国盐穴储气库的注气排卤及注采完井工艺技术的空白。     

地下盐穴储气库盐岩热损伤机理

基于变质量热力学原理，建立盐穴储气库注采过程中的工程热力学分析数学模型，给出了单个注气和采气过程中温度和压力随时间变化的解析解，作为数值模拟的边界条件。根据金坛储气库的基本数据和盐岩实验研究参数，利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立单腔盐穴注采过程的温度-应力耦合模型，模拟恒定注采速率下盐腔围岩的拉伸损伤、剪切损伤和膨胀损伤分布情况，研究夹层和热应力对围岩损伤的影响。基于热应力理论，结合模拟结果分析盐穴储气库注、采气过程中围岩的热损伤机理。模拟结果表明：在热应力存在的情况下，夹层的存在促进了围岩损伤的产生，无夹层时围岩无损伤发生，有夹层时围岩存在损伤；注气过程和采气过程的损伤发生位置存在差别：注气过程损伤多发生在夹层附近的盐岩中，采气过程损伤多发生在夹层中；膨胀损伤的范围最广，且损伤范围覆盖了前2种损伤，因此实际生产过程中推荐使用膨胀损伤判据，损伤评价结果更为保守。     

地下储气库注采井不同井段水泥环密封性能实验

针对我国西南地区首座地下储气库——相国寺储气库投产后注采井出现较大比例的B环空异常带压问题,采用室内实验的方法,根据注采井100 m、900 m、2 000 m垂深处温度和压力差异,设计了不同的水泥石养护温度和加载围压,并采用小尺寸的水泥环完整性测试装置基于应力等效原理测试了从井底到井口水泥环在试压和注采时的密封能力。实验结果表明:①井筒不同深度段水泥候凝温度和围压差异较大,同一种水泥浆体系在实际固井后沿井筒深度具有不同的机械性能,导致不同井段水泥环密封性能存在着巨大的差异;②交变载荷会导致水泥环的压实和累积损伤,加剧水泥环的密封失效;③注采井2 000 m处水泥环在试压和注采工况条件下,密封性完好,没有发生泄漏,1 000 m处水泥环在试压工况下能保持完好,在循环交变载荷下存在着水泥环密封失效的现象,井口附近100 m处水泥环在试压工况和注采工况时均出现了泄漏;④实验结果揭示,在试压和注采工况下,井筒中上部水泥环密封失效是造成B环空异常带压的根本原因。结论认为,该研究成果可以为提高地下储气库注采井固井水泥环密封的可靠性提供实验数据支撑。     

盐穴储气库全周期注采模拟——以JT储气库X1和X2盐腔为例

中国盐穴储气库建设运行时间短,与国外具有成熟技术的盐丘型地层建库相比,多为复杂层状盐岩地层建库,存在盐层品位低、夹层多、形成的盐腔不规则等问题,对盐腔的稳定性和储库运行的安全性评价提出了更高的要求.利用大型物理模拟实验装置,根据岩石力学相似性原理,研制相似性材料和相似模型,对盐穴储气库的注采进行全周期模拟,用以研究盐穴...     

金坛盐穴地下储气库建库关键技术综述

金坛盐穴储气库是中国第一个盐穴储气库，建设金坛盐穴地下储气库是一个比较复杂的系统工程，建库中通过摸索形成和运用了多项关键技术。①地质评价：对建库区域的选择和溶腔密封性至关重要；②溶腔设计及稳定性评价：是确保溶腔稳定的最佳形态并达到体积最大化的技术保障；③造腔技术：是整个建库工程的核心，它是能否实现所设计的理想溶腔形态和体积的关键；④声纳检测技术：确定造腔过程和最终溶腔的体积和形态；⑤完整性测试溶腔：是能否开始建造和建造后可否投入运行的关键；⑥热动力模拟：是编制盐穴储气库运行计划并为地面设施配套的重要依据；⑦老腔井筒改造技术：部分形态较好的采盐溶腔改建成为储气溶腔，加快了储气库建设进程。金坛储气库的建设使中国具备了建设同类地下油气储备库的技术实力。